如何提升加工中心的制造质量

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如何提升加工中心的制造质量意义是很大的。而数控机床、加工中心所具备的在线检测功能就是一种十分有效的手段，能有效地提高工件的制造质量。
" {* B  _) p( t5 n2 [) _: ]随着轿车制造业的生产模式从大批量单一品种渐渐演变成中小批量多品种，加工中心在相关企业中的应用日趋增多，尤其是用于动力总成系中那些复杂零件的加工，如发动机中的缸体、缸盖，变速器中的壳体等。鉴于这些零件不但形状复杂、工艺要求高，一旦出现废品就会造成很大损失，因此，如何提升加工中心的制造质量意义是很大的。而随机检测功能的设置就是一种十分有效的手段。
0 x6 L  ]. ]$ R随机量仪的基本组成及主要功能
& Q9 y3 ^4 A( c# {( c) u- F1.系统的组成
量仪主要由接触式测头、信号接收器和输出电缆(或接口装置)组成，根据传送信号的性质，又分为红外线和无线电等两种。两者的差别在于后一种的信号传送能力更强，不但距离远，在受到物体阻挡的情况下也不受影响。图1给出了一种典型系统的工作过程：接触式测头的检测结果以红外信号方式发送到安装在加工中心内的接收器，接收器通过输出电缆(或经过接口装置)再将信号传送到机床控制系统。而测头作为红外信号发送器，可在360°范围内发送信号，图1中的接口装置可对信号数据进行处理后将其传送到加工中心的数控系统。但在多数情况下，检测程序还是由机床厂商按实际需求编制后，根据输入的信号实现相应的功能。
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4 \; {9 f* }$ j9 Z2 X9 Z图1 随机量仪的基本组成
( G. z6 K# C% Z$ J8 i2.主要功能
8 h; E( I" T. X测头就象刀具一样，平时存放在加工中心的刀库中，依照不同的要求，在一道加工工序之前或之后调出，再按程序执行自动检测，从而实现某种功能。概括地说，通过随机检测主要可以达到以下目的：
刀具状态的检测
6 B0 w( h: [# g4 r. y有别于存放在机床刀库中的测头，此时是利用设置在机床工作台面上的测量装置(测头)，对刀库中的刀具按事先设定的尺寸进行对刀测量，同时也能进行刀具破损或安装型号正确与否的识别。
在这种应用场合，检测信号是采用前述电缆传送方式输入接口装置，或直接与机床数控系统连接。对刀测量装置有接触式和非接触(光学)式两种，图2是接触式的一个示例。

1 u. O/ d: _& W( z! w图2 随机量仪的对刀检测
9 A2 j# ^/ P3 g" S2 a确定加工状态：工件找正、参数设定和补偿
4 h! t* [% e! ^! [所谓“找正”，是指为了保证工件的正确安装、定位而采取的相应措施。至于存在“不正”，则既有夹具方面的原因，也有工件自身因素的影响。无疑，加工状态的找正是确保工件加工质量的基础。另外，由于受到温度变化和刀具磨损等渐变因素的作用，加工状态的稳定性也会发生改变，影响到制成品的质量，故在必要时也需采取补偿措施。随机检测在期间也发挥了重要的作用。
工件的自动检测
2 ?8 r$ Y  ^9 }2 u在一道工序完毕后，或对所有工序都已完成后的工件进行自动测量，即直接在机床上实施对制成品的检验，是随机检测的又一种功能。此时，相当于把一台坐标测量机移到了机床上，显然，这能大大减少脱机测量的辅助时间，降低质量成本。事实上，现今这种在机测量功能也确已十分强大，除了可进行各种几何元素的快速检测外，利用专门开发的软件还能完成脱机编程，通过在电脑中模拟，还可避免干涉、碰撞等现象的发生。
应用实例
加工中心多年前在国内机械制造业，包括汽车行业已有所应用，但装备随机检测系统则还是近十年来才出现的现象。由于能显著提高制造质量、工作效率和降低差错，在企业、特别是汽车发动机、变速器等工厂的应用日趋增多。以下一些来自生产实际的示例提供了充分的说明。
例1：温度补偿和刀具磨损补偿
10 年前，某发动机厂正在验收一条柔性缸盖自动生产线，在对其中二台加工中心几项关键线性尺寸参数进行设备能力评定时，发现机器能力指数都能满足要求。但当执行过程能力评价时，即对延续二班或更长时间的抽检数据进行统计分析时，就出现分散性较大，过程能力指数Cp.Cpk值偏低的情况。经剖析可能引起的原因，确认是温度变化造成的，显然，不采取补偿措施就难以消除由此引起的误差。最后，通过给机床添加了随机检测功能，终于彻底解决了问题。方法是：在刀库中配一触发式测头，根据预先设定的频次(如1次/10件)，如同一把刀具般地取出，打在安装工件的夹具上的某一固定位置。由于正确地判断出这一位置的变化与受控关键尺寸之间存在着线性相关，因此就可以根据测得值的变化来调整进刀量，从而有效地实施了补偿。
同样地，进行温度补偿或刀具磨损补偿也可采用另一种方法。不久前，南方一汽车发动机厂为了确保加工缸盖上平面后的尺寸精度，采取了将随机量仪的测头打在铣削完毕后的工件表面上，按每10件1 次的间隔进行测量。若发现有较大偏差，即根据设定的补偿方式自动调整加工参量。一般来说，受温度变化或刀具磨损的影响而带来的波动呈现规律性，据此可确定相应的补偿方式。
例2：夹具找正

9 o8 \# N4 I: j% I图3 随机检测用于夹具找正
图3所示的加工中心拥有一个硕大的、称为“交换器”的转台，在其直径方向安装了两个“托盘”，其实是两个用于装夹工件的回转工作台，可背向安装两个缸盖罩壳。两个工作台所处位置总是对应机床前、后部的“上下料”和“加工”工位，即当一组工件处于加工工位被顺序进行加工时，操作工则在上下料工位从事工序完毕后的卸料和再次上料。“交换器”和“托盘”的回转精度很高，但前者在交换两个工作台位置时，必须先由举升机构将整个转台抬起，然后转动180°，再落入一依靠锥面匹配的定位装置。由于工作环境恶劣，难免会有冷却液带入的铝屑、杂物等粘附在定位面上，由此会造成转台的微量偏斜，并传递到工作台（“托盘”）和其上的夹具。从图3可见，被加工的缸盖罩壳是直立装夹的，故受偏斜带来的影响就更大。若不对这一项引起误差的因素进行监控，将不利于保证工件的质量，为此，安排了随机检测的环节，用于夹具的找正。方法是在工作台上夹具的上部设一基准块，当工作台置于机床的加工工位时，在对工件实施切削加工前，动力头先调出测头，打在基准块的小平面上(见图3所示)，通过与预先的设定值相比较来判断夹具的状态，当出现超出允许范围的偏差时，即通知操作人员或机修人员进行处理。
例3：工件找正

图4 随机检测用于工件找正
被加工工件是一种新颖汽车发动机上的大型铝铸件——链轮罩壳，在这台机床的众多工序中，对其中4个孔的加工是极为重要的。图4中，从左至右显示了这些孔，其中第4个，也是最右侧一个正所处在待测(相当于“加工”)位置。为了确保孔的加工质量，在工艺上就必须使刀具的回转中心与工件毛坯孔的中心保持一致。但从图中可见，四个孔呈辐射、散布状，孔径和中心高又相差很大。在这种情况下，如果仍执行一成不变的加工程序，那么即使是装夹中的细微差别，或是铸件自身的一些差异，都会影响孔的制造质量。为此，利用机床的随机检测系统在加工前先逐个对每个毛坯孔进行测量。方法是通过在圆周的上下、左右共打4点来精确地确定孔中心的坐标位置，据此，再有针对性地执行各个孔的加工，显然，经过“工件找正”之后，各孔的制造质量就有了充分保证。此外，在找正的同时，还可以得到铸孔的毛坯余量，若进一步利用变量编程，还可以实现毛坯余量的自动分配，这样就既能保证孔加工过程中切削力不会过大，以免损伤机床和刀具，又能提高刀具的耐用度，以使工作效率达到最高。
+ d/ E2 Y# ~6 I" {6 j4 e利用随机量仪进行机内对刀，以及在加工前对夹具、工件实施“找正”，或在加工后通过随机检测进行温度、刀具磨损的补偿，凡此种种，不但保证了零件的加工质量，而且能有效地提高生产过程运行的质量水平。
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